超高效液相色譜－三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用同時檢測環(huán)境水體中22種典型藥品及個人護理用品

吳春英， 谷 風， 白 鷺， 陸文龍

（1.吉林化工學院資源與環(huán)境工程學院，吉林吉林132022；2.清華大學環(huán)境學院，環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室，北京100084）

藥品和個人護理用品（pharmaceuticals and personal care products，PPCPs）由于其潛在的環(huán)境風險近年來備受關(guān)注，PPCPs包括各類化學物質(zhì)，例如各種處方藥和非處方藥（如抗生素、類固醇、消炎藥、鎮(zhèn)靜劑、抗癲癇藥、止痛藥、降壓藥等）、香料、化妝品等［1-3］。大多數(shù)PPCPs是水溶性的，并且在環(huán)境中具有累積性、持久性、生物毒性和“三致”效應等，對生物體的影響不可逆轉(zhuǎn)；隨著生產(chǎn)量和使用量的逐年增加，對環(huán)境的危害也越來越顯著［1，4-6］，其引起的潛在的環(huán)境風險越來越引起廣泛關(guān)注。因此，建立一種快速、靈敏、可靠的PPCPs定量檢測方法是開展相關(guān)研究工作的重要基礎(chǔ)。經(jīng)過數(shù)年的研究工作，形成了多種分析方法［5，6］，基本上是固相萃取等前處理方法和色譜或色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，盡管其中色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法具有檢出限低、靈敏度高、線性范圍寬等優(yōu)點，但由于藥品種類繁多，性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)各有差異，分析方法的傳統(tǒng)復雜性使得監(jiān)測工作浪費了大量的人力物力［7-10］。

本研究參考文獻［7，10-13］，根據(jù)國內(nèi) PPCPs 的生產(chǎn)和使用情況及在環(huán)境中的檢出水平［5，12-15］，選取了包括抗生素、消炎止痛、抗癲癇、調(diào)血脂、神經(jīng)類、強心劑、支氣管擴張劑、β-受體阻滯劑和廣譜蚊蟲驅(qū)避劑等11類22種典型的PPCPs作為研究對象，采用固相萃取及UPLC-MS／MS法對環(huán)境水同時進行預處理和分析，并對萃取柱、淋洗液、色譜條件等進行優(yōu)化，在保證高回收率的前提下，降低目標物的檢出限，統(tǒng)一預處理方法，極大地縮短預處理時間，有效降低預處理成本。該法可應用于實際樣品的檢測，為PPCPs的相關(guān)研究提供可靠的分析和檢測方法。

1 實驗部分

1.1 試劑

實驗所用22種目標物（見表1）標準品及內(nèi)標沙丁胺醇-氘 3（salbutamol-d3）購自 Dr.Ehrenstorfer（Germany），各標準品的純度均在98.5%以上。以甲醇為溶劑配制1 g／L的各標準品儲備液，置于-20℃保存。甲醇、甲酸、二氯甲烷、乙腈等購自Fisher（USA），實驗用所有溶劑均為HPLC純或更高純度。維生素C（Vc）、Na2EDTA均購自Sigma-Aldrich（USA）。試驗所用水均為超純水（ultra pure water，UPW）。

1.2 儀器與設備

選用帶自動進樣器的ACQUITY UPLC系統(tǒng)（Waters，USA）和Finnigan TSQ Quantum Discovery MAX三重四極桿質(zhì)譜分析儀；12通道半自動反相固相萃取裝置（Supelco，USA）；Oasis HLB SPE 小柱（6 mL／200 mg）和凈化用 Sep-Pak Plus C18小柱（3 mL／500 mg）購自 Waters，USA；NEVAP12氮吹儀（Organomation，USA）；CF16RXII型離心機（日本）；Milli-Q超純水器（美國Millipore公司）。所用的玻璃纖維濾膜GF／B（1 μm）由英國Whatman提供。

表1 目標物的MS／MS分析條件Table 1 MS／MS parameters for the targets

1.3 樣品的預處理

水樣中加入維生素C，使其質(zhì)量濃度為1 g／L；用稀鹽酸將樣品的pH值調(diào)至3，經(jīng)玻璃纖維濾膜（GF／B）過濾，在透過液中加入 Na2EDTA，質(zhì)量濃度為1 g／L，用以屏蔽樣品中的金屬離子。用3×3 mL甲醇及3×3 mL UPW活化SPE小柱，然后上樣進行固相萃取，萃取流速為10 mL／min。萃取結(jié)束后，用真空泵繼續(xù)抽吸1 h。SPE小柱串接Plus C18凈化小柱進行洗脫，以甲醇（2×3 mL）為洗脫劑，將洗脫液收集于10 mL棕色玻璃試管中。在洗脫液中加入100 ng／L內(nèi)標沙丁胺醇-d3用來定量，然后在柔和氮氣下吹干，再用1 mL甲醇／水（70∶30，v／v）溶解。復溶后離心（離心參數(shù)：4℃，3 000 r／min，15 min），取上清液進行 UPLC／MS／MS分析。

1.4 UPLC與MS條件

UPLC條件 色譜柱為反相ACQUITY UPLCTMBEH C18 柱 （100 mm × 2.1 mm，1.7 μm；Waters）。流動相為含0.1%甲酸的水溶液-甲醇（7∶3，v／v）。流速為 0.35 mL／min，無分流。柱溫為50℃，進樣量為10 μL。由于MS是采用多反應監(jiān)測（MRM）模式，檢測并不需要目標物間完全分離。在下一次進樣前，色譜柱先平衡9 min。

質(zhì)譜條件 ESI源，高純氮氣用作脫溶劑和霧化，采用氬氣（99.998%）作碰撞氣。脫溶劑時溫度350 ℃，流速 550 mL／min，錐孔氣流速 70 mL／min。源溫設置為120℃以防溶劑再凝結(jié)。霧化器壓力為310 kPa（45 psi），檢測方式為 MRM。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的選擇

每一種目標物在不同色譜柱上的保留時間不同，使用反相ACQUITY UPLCTMBEH C18分離的峰形尖銳對稱，且具有相同母離子及碎片離子的目標物能夠完全分離，信噪比較高。因此本文選擇該色譜柱作為分離柱。

使用 UPLC-MS／MS 檢測，對比了文獻［11-15］中報道較多的甲醇、乙腈及其和水不同比例的混合溶液作為流動相的結(jié)果。當選用乙腈作為流動相時，目標物均得到了很好的分離和檢測結(jié)果，但雙氯芬酸的響應強度較小，氯貝酸和苯氧苯丙酸均未檢出；選用甲醇作流動相時，氯貝酸和苯氧苯丙酸雖然都能檢出，但響應強度非常弱，而且個別目標物分離效果不理想；選含0.1%甲酸的水-甲醇（7∶3，體積比，下同）為流動相時，響應強度相對較小的雙氯芬酸、氯貝酸和苯氧苯丙酸在200 μg／L時均獲得較好的響應值（5.52×103、0.96 ×104和1.84 ×104），明顯優(yōu)于甲醇作為流動相時的分離效果，且所有目標物的分離效果非常好。因此，本研究選擇含0.1%甲酸的水-甲醇（7∶3）作為流動相。

2.2 質(zhì)譜的優(yōu)化

MS系統(tǒng)采用QuanOptimize方式進行自動優(yōu)化，用甲醇將22種目標物配成混合標準溶液，在全掃描模式下掃描，找出準確的［M+H］+分子離子峰，然后對其進行子離子掃描以獲得二次碎裂產(chǎn)生的子離子。以分子離子和2個響應適中的子離子組成檢測離子對，以MRM模式進行檢測，在此基礎(chǔ)上重點優(yōu)化對靈敏度影響較大的碎裂電壓和碰撞能量，使選定的母離子和子離子組成的特征離子對的豐度和比例達到最佳。優(yōu)化每一目標物的MS／MS參數(shù)，包括電離模式、母離子、子離子、錐孔電壓（CV）、碰撞能（CE），得到的主要分析參數(shù)如表1所示。數(shù)據(jù)采集采用MRM模式，駐留時間為0.1 s，通道滯遲時間為0.2 s。對于每一電離模式，采用離子響應值最弱的目標物對系統(tǒng)進行調(diào)諧。

2.3 固相萃取條件的選擇與優(yōu)化

為提高預處理效果，保證分析的準確性和靈敏性，在目標物的萃取過程中，對SPE小柱和淋洗溶劑進行了對比選擇，以標準品的回收率為評價指標［15-17］考察了兩種小柱（Sep-Pak Plus C18和Oasis HLB），3種淋洗液（甲醇、二氯甲烷和乙腈）。結(jié)果表明，當固相萃取小柱為Oasis HLB、淋洗液為甲醇時，各目標物的回收率均在83%（美托洛爾）～110%（咖啡因）之間，RSD最大的DEET也只有17.2%。因此，本試驗采用固相萃取柱Oasis HLB，淋洗液為甲醇。

2.4 基質(zhì)效應評價

樣品中的內(nèi)源性組分和樣品處理過程中引入的雜質(zhì)對目標物檢測結(jié)果的影響稱為基質(zhì)效應，它可影響線性關(guān)系、檢出限（LOD）、定量限（LOQ）等測定指標。本研究采用標準曲線法考察了水樣對PPCPs目標物檢測的基質(zhì)效應。結(jié)果表明，基質(zhì)校準曲線的斜率比純?nèi)軇藴是€的斜率小，即存在基質(zhì)抑制效應。在水樣中加入內(nèi)標物對待測組分的測定無任何干擾，且受基質(zhì)成分的影響也極為相似。內(nèi)標物可抵消質(zhì)譜離子化時的基質(zhì)效應。因此，能最大限度地消除基質(zhì)效應干擾，本研究采用基質(zhì)匹配標準曲線和內(nèi)標法進行定量，可得到目標物的準確測定結(jié)果。

2.5 線性范圍與檢出限

樣品中目標物的定量通過與內(nèi)標沙丁胺醇-氘3的比較來實現(xiàn)，該內(nèi)標在ESI陽離子模式下響應效果很好，但在負離子模式下響應效果較差。內(nèi)標在陽離子模式下獲得的峰值也用于雙氯酚酸、氯貝酸和苯氧苯丙酸這3種在負離子模式下檢測的物質(zhì)定量。各目標物標準品在UPLC-MS／MS系統(tǒng)中有效的線性響應（R2＞0.997）濃度范圍如表2所示，該范圍與目標物有關(guān)。校準采用2～2 000 μg／L（10點）混合標準溶液進行，混合標準溶液中含有100 ng／L內(nèi)標。分別以各目標物色譜峰的信噪比S／N=3和S／N=10確定檢出限和定量限，結(jié)合所取樣品體積及最終定容體積，可得水中22種PPCPs的檢出限和定量限（見表2）。與以往的分析方法相比，該法具有較寬的線性范圍和較低的檢出限和定量限［13，15］，可滿足環(huán)境樣品中目標物的分析。

2.6 回收率與精密度

在不同基質(zhì)中加入目標物的標準品以確定該基質(zhì)中目標物的回收率?；|(zhì)包括UPW和某污水處理廠（采用厭氧／缺氧／好氧-膜生物反應器（A2／OMBR）工藝）的進、出水。水樣中加入維生素C，使其質(zhì)量濃度為1 g／L，目的是防止各藥品成分分解［13］。向300 mL的 UPW、WWTP 進水、WWTP 出水中分別加入0.3、0.6和0.3 mL的標準品溶液（1 mg／L）。所有的回收率試驗均做4份平行樣品，并考慮扣減過程空白。目標物的回收率均為73%～125%，RSDs不大于18%（見表3）。

2.7 實際樣品的測定

為了驗證本方法在實際水樣測定中的有效性，對自來水廠及兩個污水處理廠的出水、松花江水和校園生活污水中的22種PPCPs含量進行實際檢測；為確保定量準確，在每批次樣品分析中進行加標回收率測定，測定的濃度按回收率進行校正；此外，在每批樣品測定時，過程空白與溶劑空白也同時進行處理和分析。實驗結(jié)果如表4所示，可以看出，實際樣品中均能檢出雙氯芬酸、氯貝酸和咖啡因，且含量在所檢出的PPCPs中較高，說明處理工藝對這3種PPCPs的去除仍有一定的局限性，在日常生活的使用管理和水處理中對該類PPCPs應給予更多關(guān)注。

表2 目標物的線性關(guān)系、LODs和LOQsTable 2 Linear relationships，LODs and LOQs of the targets

表3 不同基質(zhì)中目標物的回收率和精密度（n＝4）Table 3 Recoveries and precisions（REDs）of targets in different matrices（n＝4）

表4 實際水樣中PPCPs的含量Table 4 Contents of PPCPs in actual water samples ng／L

3 結(jié)論

采用固相萃取、超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜建立了環(huán)境水中22種典型PPCPs的分析方法。該方法具有檢出限低、回收率高、線性關(guān)系良好等優(yōu)點，適用于多種目標物同時檢測，減少時間和材料的能耗，為其在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化及去除的相關(guān)研究提供支持和幫助。

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